Фамилия Оьлмесова — редкий случай, когда основа не оставляет сомнений в своём значении, но ставит вопросы о происхождении. Корень здесь — тюркское слово «өлмес» (олмес), которое переводится как «не умрёт», «бессмертный». Это не имя, а пожелание или оберег: в тюркской традиции так могли назвать ребёнка, чтобы уберечь его от смерти, болезней или злых духов. Фамилия, таким образом, образована от личного имени-оберега Оьлмес (или Олмес) с помощью русского патронимического суффикса -ов, который дал женскую форму Оьлмесова.

Самое необычное в этой фамилии — буква «ь» после «О». В русской письменности она не несёт смысловой нагрузки и, скорее всего, является попыткой передать на письме специфический тюркский звук «ө» (глубокое «о»), который отсутствует в русском языке. Такое написание — верный признак того, что фамилия записывалась в дореволюционное время чиновниками «на слух» с местных говоров, вероятно, на Северном Кавказе или в Поволжье. Встречаются варианты Олмесов, Ольмесов, но форма с «ь» — самая редкая и архаичная.

Географически фамилия привязана к регионам, где сильно влияние кумыкского, ногайского или карачаево-балкарского языков. У этих народов имя Олмес (или Ёлмез) действительно бытовало. Предки носительницы фамилии Оьлмесова — скорее всего, выходцы из тюркской среды, где имя-оберег давали мальчику в семье, где дети умирали в младенчестве. Родовое предание могло сохранить историю о том, что первый Оьлмес выжил вопреки всему, и его имя стало фамильным.

Словообразовательная модель проста: к основе «Оьлмес» добавлен суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — Оьлмесов). Женская форма Оьлмесова — это стандартное русское окончание, закрепившееся в документах. В отличие от многих фамилий, где корень спорен, здесь этимология прозрачна, но уникальна: в русском ономастиконе почти нет фамилий с таким прямым и сильным пожеланием бессмертия.